【正文】 粉噴樁設(shè)計的概況 粉體噴射攪拌樁所形成的樁柱體在無側(cè)限的情況下，也可保持直立和一定的抗壓強度，它與砂樁、石灰樁等柔性樁有本質(zhì)區(qū)別；在軸向力作用下，它又有一定的壓縮性，特別是當樁身強度很低時，就可能產(chǎn)生較大的壓縮變形，這與混凝土樁等剛性樁又有所區(qū)別。也就是說，粉體噴射攪拌樁是一種介于剛性樁與柔性樁之間具有一定壓縮性的樁。即樁身強度越高，其性質(zhì)越接近剛性樁；反之則越接近柔性樁。在進行設(shè)計中，軟土地基加固經(jīng)常遇到塘溝等低洼地形。為了便于施工必須進行場地整平，一般采用大面積填土，這種新填土的自重固結(jié)沉降對剛性樁來說必將產(chǎn)生不可忽視的負摩阻力，但對攪拌樁來說，由于粉體噴射攪拌樁變形模量比剛性樁低得多，受荷后樁本身有一定壓縮量，樁與樁間土能同時下沉，所以回填土的固結(jié)不致在攪拌樁側(cè)壁產(chǎn)生較大的負摩阻力。因此在工程設(shè)計中，可不考慮被加固地基表層新填土固結(jié)所產(chǎn)生的負摩阻力，也不應考慮新填土所提供的側(cè)壁摩擦力。粉體噴射攪拌樁加固軟土地基，設(shè)計時應根據(jù)工程地質(zhì)特點和各路段對沉降的要求，采用不同的樁距和長短樁相結(jié)合等不同的加固形式，以達到調(diào)整沉降量和節(jié)省材料、縮短軟土地基處理建設(shè)工期的目的。粉體噴射攪拌樁復合地基的沉降是由兩部分組成，即樁體與樁間土的壓縮變形和樁端下未加固土層的壓縮變形之和。大量的粉體攪拌樁設(shè)計計算結(jié)端下未加固土層的壓縮變形根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范要求采用分層總和法進行計算，將兩者相加即可計算出粉體噴 粉噴樁的施工粉體噴射攪拌樁施工場地事先應予平整，必須清除地面上大于10cm的石塊、樹根、生活垃圾等一切障礙。場地低洼時應回填素粘性土，禁止回填雜土。由于粉噴樁樁體強度和質(zhì)量與多種因素有關(guān)，因此施工前，首先要在室內(nèi)標準條件下制備水泥土試件，進行不同齡期強度試驗，以驗證設(shè)計參數(shù)，如達不到設(shè)計要求應調(diào)整水泥劑量，滿足實際工程需要。粉體噴射攪拌樁施工前，必須進行成樁試驗，以掌握所在路段的成樁經(jīng)驗及各種技術(shù)參數(shù)。成樁試驗應達到下列要求：(1)滿足設(shè)計水泥噴入量的各種技術(shù)參數(shù)；(2)水泥攪拌的均勻程度，掌握下鉆及提升的困難程度，確定合理的技術(shù)處理措粉噴樁長度，禁止在尚未噴灰的情況下進行鉆機提升作業(yè)，每根樁成樁結(jié)束后應及時檢查水泥的噴入量。施工中發(fā)現(xiàn)噴粉量不足，實行整樁復打，復打噴粉量仍應不少于設(shè)計用量。施工現(xiàn)場每批水泥應進行抽檢，滿足設(shè)計要求的水泥才允許投入工程使用，嚴禁使用過期、受潮、結(jié)塊、變性的劣質(zhì)水。為了充分利用粉體噴射攪拌樁對軟土地基的加準確性。所有打設(shè)的粉噴樁其偏斜度不得大于5％的樁長，樁位偏差一般不得大于10cm，樁體無側(cè)限抗壓強度不得小于設(shè)計中規(guī)定的要求。 結(jié)束語粉體噴射攪拌樁處理軟土地基與其他軟土地基處治方案一樣，是一項復雜的設(shè)計、科研工作。這種軟土地基處理方法對于加固軟粘土特別是淤泥類土，加固效果較顯著，加固后可很快投入使用，例如這種軟土基加固方法是一種不經(jīng)濟的處治方法。從我省高等級公路應用的實際情況看來，用這種方法處治的路段其處治費用約占該路段路基總造價的30％；對于天然含水量大于85％的軟土地段，使用此種軟土地基其效果并不很理想；一般地段軟土地基常含有機質(zhì)和腐植質(zhì)，對于有機質(zhì)含量較高的軟粘土，用粉噴樁加固后的強度一般較低；目前國內(nèi)生產(chǎn)的粉噴樁機械處理層最深達17米，處理效果明顯的應在15米以內(nèi)；若粉噴樁未穿透軟土層會造成未處理部分軟土層的沉降量增加，沉降速度變慢。這些都有待于進一步研究和探索，使粉體噴射攪拌樁處理軟土地基技術(shù)更好地為交通建設(shè)服務。第六章 深層攪拌法加固軟土地基，就是在鉆孔過程中利用水泥、石灰等材料作為固化劑，使用深層攪拌機械將漿液狀或粉狀固化劑注入軟土地基的深層，經(jīng)機械攪拌，使原位土與固化劑均勻混合并發(fā)生一系列的物理化學反應，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的優(yōu)質(zhì)地基。在深層攪拌法中，固化劑的注入有兩種形式，一是漿液灌注，二是粉體噴射。前者由于有漏漿現(xiàn)象，工人操作條件較差，且對含水量較高軟土地基的加固效果尚待論證，而粉體噴射法以它具有的諸多優(yōu)點而后來居上，在工程中得到廣泛的應用。粉噴樁是“粉體噴射攪拌樁”的簡稱，其加固地基的機理在于固化劑與原位土充分混合后，由于固化劑吸收周圍土層中的水分而發(fā)生物理化學反應，使混合樁體凝結(jié)硬化，既提高了自身的強度，又穩(wěn)定了樁周圍土層，從而使天然的軟土地基改變成優(yōu)質(zhì)的復合地基，大大提高了地基的承載能力。固化劑可以采用水泥、石灰、石膏等材料，由于水泥樁的性能比較優(yōu)越，因此一般采用普通硅酸鹽水泥作為固化劑。從水泥與軟土的物理化學反應過程分析，水泥與原位土攪拌越充分，混合越均勻，則水泥土結(jié)構(gòu)的離散性越小，地基的總體強度也越高。粉噴樁有許多優(yōu)點，主要有以下幾方面。（1）加固工藝合理。在制樁過程中僅向土層中噴射固化料干粉，無需注入附加的水分，使固化劑能充分吸收軟土中的水分，從而增強加固效果。（2）施工簡單、技術(shù)可靠。國內(nèi)有多種粉噴樁施工成套機械，制樁過程完全機械化，減輕了工人的勞動強度，提高了成樁效率。制樁原料除原位土外，僅有適量的固化劑便可。（3）可以在含有地下水的地層中直接施工制樁，避免了水下施工的麻煩，大大簡化了施工程序。（4）施工工期短，進度快。經(jīng)粉噴樁處理的地基，路基填筑時可大大加快填筑速率，基本不需考慮由于填筑過快而導致路基失穩(wěn)的可能。（5）保護環(huán)境。在制樁過程中無振動、無噪音、無污染，對附近建筑物無影響。 粉噴樁雖然有許多優(yōu)點，但在應用上還有一些限制。（1）在理論上，粉噴樁群體范圍內(nèi)的壓縮變形量較小，根據(jù)荷載、樁長、樁身強度、天然地基土強度、置換率、復合地基的變形模量等估算，一般可取2cm～5cm。而下臥軟弱土層壓縮變形量的確定，可以假定粉噴樁群體形成一種實體深基礎(chǔ)，按雙層地基計算該實體深基礎(chǔ)底部的附加應力，然后再進行下臥軟弱土層壓縮變形量的計算。在附加應力的確定上，有學者指出［2］：室內(nèi)試驗表明，水泥土的重度比原位土略有增大，增大量在1．2％～3．5％之間，加固樁身對下部未加固部分不會產(chǎn)生過大的附加應力，也不會由于加固樁身附加荷重而引起地基附加沉降。但有些學者卻持相反觀點。目前，不同的軟土特征和施工實際情況對附加應力的影響尚待研究。（2）相對于國外多種多樣、五花八門的粉噴樁施工機械設(shè)備而言，國內(nèi)的機械設(shè)備可以說是品種單一、類型雷同，這直接制約了粉噴樁的設(shè)計和應用。比如在樁徑的確定上，由于國內(nèi)的機械設(shè)備均只能施工直徑為50cm的粉噴樁，因此在設(shè)計上也只能按該直徑考慮。又如在樁長的確定上，理論上以穿透軟土層為最佳，但國內(nèi)配套鉆桿長度絕大多數(shù)都在15m以內(nèi)、12m左右，因此在應用粉噴樁時，都以下臥軟土層的厚度不超過上述長度為選擇依據(jù)之一，如果下臥軟土層的厚度超過上述長度，則一般可以不考慮采用粉噴樁，轉(zhuǎn)而采用其他的軟基處理方法如塑料排水板等。粉噴樁的應用實例 工程簡況及軟基處理方案位于寧波東部某一級公路在建橋梁橋頭路基為典型的軟土路段，其原位土的物理力學性質(zhì)指標見表1。軟弱土基下為承載力較高的卵礫石層。路基填筑設(shè)計高度為4．2m，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)資料，設(shè)計軟基采用粉噴樁進行處理，如圖1所示。圖1　橋頭路基粉噴樁處理示意設(shè)計采用425＃普通硅酸鹽水泥作為固化劑，樁直徑為50cm，噴粉量45kg?m，樁體28d無側(cè)限抗壓強度要求大于750kPa，樁長10m，平面布置為梅花形。樁間距離B值根據(jù)處理段離橋臺的遠近而變化：距離橋臺0～10m范圍內(nèi)的B值為1．2m，距離橋臺10m～25m范圍內(nèi)的B值為1．5m，距離橋臺25m～40m范圍內(nèi)的B值為1．8m。這樣設(shè)計的目的是使橋頭路段與一般路段之間有一個過渡，防止沉降的突變。 第一次試樁情況第一次試樁分別按45kg?m、50kg?m和55kg?m的噴粉量進行了施工。成樁16d和28d時，分別取芯進行了無側(cè)限抗壓強度試驗，試驗結(jié)果見表表表4。從表2～表4可以看出：每延米噴粉量越多則試件的強度越高，這符合設(shè)計理論和一貫認識。但問題是如何在有限的投資內(nèi)使粉噴樁的施工質(zhì)量能夠得到保證并有所提高。從表2看出：上層試件16d強度反而高于28d強度。從表3看出：上層試件和中層試件的強度增長均相當緩慢，平均增長速率為4．2kPa?d，不及下層試件的強度增長速率。而表4的情況卻與表3完全相反。從試件描述及評價來看，樁身自上往下，其含灰量和固結(jié)程度均呈下降趨勢，且芯樣可采率越來越低。雖然由于試樁的數(shù)量有限而使數(shù)據(jù)表現(xiàn)出很大的離散性，但從中仍可看出各樁間相同部位的強度差異較大。綜合施工情況和對抗壓強度試驗報告的分析，認為問題的關(guān)鍵并不在于提高多少噴粉量，而在于每延米噴粉量的控制和復合土的攪拌均勻程度上。因此要求施工單位配備能自動記錄每延米噴粉量的電腦設(shè)備，同時要求盡設(shè)備最大能力對復合土進行全樁長范圍內(nèi)復攪，以保證水泥與原位土的充分混合。在設(shè)計方面也同時調(diào)整樁長至14．5m以充分適應設(shè)備的鉆進能力。 第二次試樁情況第二次試樁按45kg?m的噴粉量，按1．2m的樁間距進行了三根樁的施工。圖2為2＃樁噴粉曲線，其鉆進深度14．5m，?；疑疃?．5m，復攪深度8．6m。圖2 2＃樁噴粉曲線示意復攪深度達到8．6m時，鉆桿電流突然增大，鉆桿無法下鉆，說明該層土體經(jīng)過噴粉控制和一次攪拌后已達到了一定強度。成樁36d時，取芯進行了無側(cè)限抗壓強度試驗，試驗結(jié)果見表表表7。 從表5～表7可以看出：每塊芯樣的攪拌程度均較均勻，上、中、下三層試件間的強度相差不大，樁身整體強度比第一次試樁時有大幅度地 針對2＃樁強度低于其他樁的情況，進行豎向抗壓靜載荷試驗，以測定其單樁復合地基承載力。試驗結(jié)果：最大試驗荷載為260kN，對應的沉降量為20．35mm，完全滿足設(shè)計提出的160kN要求。3 粉噴樁的檢測（1）國家行業(yè)標準《粉體噴攪法加固軟弱土層技術(shù)規(guī)范》（TB10113—96）規(guī)定全數(shù)檢查加固料質(zhì)量、成樁深度及復攪長度、加固料用量、樁身強度等四項保證項目，按10％頻率（但不少于3根）檢測樁軸線偏移、鉆桿傾斜度、樁長、單樁噴粉量等四項允許偏差項目。（2）國家行業(yè)標準《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ017—96）和《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》（JTJ071—98）規(guī)定按2％頻率檢查樁距和樁徑，根據(jù)施工記錄檢查樁長、豎直度和單樁噴粉量， 工程檢測方案根據(jù)省內(nèi)外其他幾條公路的檢測實例來看，上述規(guī)范規(guī)定的檢查內(nèi)容已不適應當前公路建設(shè)的實際需要。比如，規(guī)范對粉噴樁單樁承載力和復合地基承載力的檢測沒有規(guī)定，而對樁身強度檢查頻率的要求偏高，影響了工程的進度，也增加了工程的投資。因此，必須對規(guī)范規(guī)定的檢查內(nèi)容加以修改和補充。根據(jù)工程實際情況，工程建設(shè)指揮部制定了《粉噴樁檢測方案》，并報請了上級主管部門的批準同意。該方案對規(guī)范進行修改和補充的主要內(nèi)容如下。（1）樁身強度檢測頻率取總樁數(shù)的1％，對于檢測不合格的樁應進行等量補樁。不合格率超過10％時，應擴大檢測范圍按相同頻率繼續(xù)檢測。當不合格率超過30％時，應對整個處理路段進行補樁。（2）在大橋、特大橋兩端橋頭各做兩處靜載荷試驗。單樁靜載試驗加載到承載力設(shè)計值的1．7倍，復合地基靜載試驗加載到承載力設(shè)計值的1．7倍。同時對每個施工標段有代表性區(qū)域進行天然地基的靜載荷試驗。 結(jié)論 粉噴樁能大大提高軟弱地基的承載能力，其復合地基承載力可比原位土天然承載力提高約2倍。 提高粉噴樁樁身強度的關(guān)鍵在于每延米噴粉量的控制和復合土的攪拌均勻程度，應要求施工單位配備能自動記錄每延米噴粉量的電腦設(shè)備，同時在規(guī)范要求深度以外對樁身進行復攪。 在認為有必要的地點，如高填土的橋頭，應進行復合地基承載力或單樁承載力的檢測。 若有每延米噴粉量的施工記錄，則粉噴樁的樁身強度檢測頻率可適當降低，這樣既可加快工程進度，又可減少工程的投資。［1］薛殿基．粉噴樁設(shè)計與施工．鄭州：河南科學技術(shù)出版社，1999［2］崔伯華，彭東升．粉噴樁在京珠高速公路廣珠段某橋頭軟基中的處理效果分析．華東公路，2000，4 感謝程秀軍老師、楊倩老師和我小組的每個同學對我的支持幫助